Влияние режимов ультразвуковой сварки пластмасс на прочность соединения

Традиционно в сварочном производстве параметры режима сварки разделяются на основные и дополнительные. При ультразвуковой сварке к основным параметрам следует отнести те, которые непосредственно влияют на уровень механической энергии, вводимой в свариваемый материал. К таким параметрам относятся: амплитуда колебаний торца концентратора А0, частота колебаний /, продолжительность ультразвукового воздействия t или скорость сварки v (при шовной сварке) и величина сварочного давления Рсв. В тех случаях, когда дозирование вводимой механической энергии осуществляется по специальным схемам, например при сварке с гарантированным зазором либо фиксированной осадкой, величина зазора или осадки может также относиться к основным параметрам.

К числу дополнительных параметров режима при ультразвуковой сварке пластмасс необходимо отнести те, посредством которых можно регулировать величину непроизводительно затрачиваемой энергии. В частности, это размеры, форма и материал опоры, материал теплоизоляционных прокладок, температура предварительного подогрева волновода и т.д.

Следует подчеркнуть, что оптимальный режим сварки, зависящий от свариваемого материала, толщины и формы изделия, состояния контактирующих поверхностей и целого ряда других факторов, определяется экспериментально в каждом конкретном

случае. В этой связи важно оценить влияние изменения того или иного параметра на прочность получаемого соединения.

Зависимость прочности сварных соединений от амплитуды колебаний торца концентратора выражается кривой с максимумом, соответствующим оптимальному значению амплитуды. Превышение ее значения относительно оптимального приводит к интенсивному разогреву пластмассы непосредственно под концентратором, что может сопровождаться деструкцией, появлением пузырьков, выпучиваний и выплесков размягченного материала. В результате после окончания сварки поверхность шва получается неровной, пористой, имеет наплывы и другие дефекты, приводящие к снижению прочности сварного соединения. Уменьшение амплитуды колебаний относительно ее оптимального значения также приводит к снижению прочности сварного соединения. Это обусловлено тем, что вводимая механическая энергия оказывается недостаточной для образования падежного соединения, а это требует значительного времени сварки, что, как и в первом случае, приводит к дополнительному разогреву пластмассы под концентратором и снижению прочности сварного соединения. Для подавляющего большинства пластмасс оптимальная амплитуда колебаний торца концентратора находится в пределах 30...40 мкм.

Весьма важным параметром при ультразвуковой сварке пластмасс является значение сварочного давления, которое обеспечивает необходимый акустический контакт между свариваемыми деталями и торцом концентратора. В этом случае существует оптимальное сварочное давление, которое соответствует максимуму прочности соединения. При сварке с малым давлением низкая прочность соединений объясняется тем, что небольшое давление не обеспечивает падежный акустический контакт, а по этой причине в пластмассу вводится сравнительно малая механическая энергия. При сварочных давлениях, превышающих оптимальное значение, уменьшение прочности соединения обусловлено нарушением резонансного режима работы акустической колебательной системы, а следовательно, уменьшением амплитуды колебаний выходного торца концентратора.

Увеличение продолжительности ультразвукового воздействия приводит в начальный период к возрастанию прочности соединения, а затем, после достижения определенного максимума, наблю-

254

дается уменьшение его прочности. При значительной продолжительности ультразвукового воздействия происходит существенное утонение зоны шва, что сопровождается уменьшением сечения и наличием подрезов в корне шва, приводящих к падению прочности соединения.

Таким образом, изменяя в процессе сварки те или иные основные параметры, можно обеспечивать оптимальные режимы, при которых достигается максимальная прочность сварного соединения. Этим характеризуется рабочий цикл ультразвуковой сварки, который определяется последовательностью приложения сварочного давления, включения, прохождения и выключения ультразвукового воздействия и снятия давления.

На рис. 3.58, а представлен наиболее распространенный цикл ультразвуковой сварки (сварочное давление — ультразвуковое воздействие). В этом случае сварочное давление Рсв прикладывается до включения ультразвуковых колебаний (?сж — время предварительного сжатия), остается постоянным в течение всего сварочного цикла и снимается с запаздыванием па ?3. При этом охлаждение сварочного шва начинается в тот момент, когда детали сжаты между концентратором и опорой, и заканчивается, как правило, на воздухе.

Следует подчеркнуть, что охлаждение под давлением существенно повышает прочность сварных соединений. Время tn определяется при прочих равных условиях толщиной свариваемых материалов и составляет порядка 0,1...0,2 с.

В случае использования рабочего цикла ультразвуковое воздействие — сварочное давление (рис. 3.58, 6) ультразвуковые ко-

Циклы ультразвуковой сварки

Рис. 3.58. Циклы ультразвуковой сварки

255

лебания включаются до приложения сварочного давления. Опережающее воздействие ультразвука позволяет очистить свариваемые поверхности от различных загрязнений. В этом случае сварочное давление прикладывается к изделию постепенно. Поэтому при соприкосновении концентратора и детали механические колебания передаются ей, тем самым очищая контактную поверхность прежде, чем происходит сварка. После окончания ультразвукового воздействия сварочное давление снимается с запаздыванием на t3. При реализации такой схемы сварки применяются концентраторы, на рабочей поверхности которых предусмотрен выступ в виде треугольника и насечка. Выступ, внедряясь в расплавленный материал, отделяет наружную часть изделия, а сварка осуществляется наклонной плоскостью рабочей поверхности волновода. Такой рабочий цикл используется для сварки полиэтиленовых коробок и труб, наполненных жидкостями, имеющими большую вязкость. При этом регулировку сварочного давления необходимо обеспечивать с достаточно высокой точностью.

На рис. 3.58, в приведен нежелательный вариант рассмотренного рабочего цикла сварки, при котором выключение ультразвуковых колебаний осуществляется при снятом сварочном давлении. Однако предварительное снятие сварочного давления при ультразвуковом воздействии и подъем сварочного узла от свариваемой поверхности ведет к ухудшению сварного соединения, в частности к значительному вспучиванию привариваемой поверхности.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >